JPH04171908A

JPH04171908A - 複合磁心

Info

Publication number: JPH04171908A
Application number: JP2299012A
Authority: JP
Inventors: Kunpei Kobayashi; 薫平小林; Naohito Hoshino; 尚人星野; Morie Yamaguchi; 山口　守衛; Yasuyuki Fukuda; 福田　泰幸; Yoshitoshi Satou; 佐藤　孔俊
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Material Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronics Engineering Corp
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1992-06-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は複合磁心に係り、特に広い周波数範囲において
、透磁率などの磁気特性が優れ、かつ巻線性が優れ、信
頼性が高い複合磁心に関する。

（従来の技術）例えばトランスや自動車のエンジン点火装置のイグニッ
ションコイルなどに使用される比較的長尺な磁心として
、従来、第４図に示すように帯板状の電磁鋼板要素１を
多層に積層した積層磁心２が用いられてきた。ところで
、イグニッションコイルでは高周波励磁が必要とされる
が、従来の電磁鋼板製の磁心は周波数特性が劣るために
、以下に示すような問題があった。　　　　・すなわち
、イグニッションコイルに数ＫＨｚ以上の高周波励磁を
行なうと、渦電流損失の増大によって、磁化特性が低下
してしまう。これによって、イグニッションコイルの二
次電圧が低下し、ミススパークが発生し易いという問題
が生じている。

また、電磁鋼板の積層体で積層磁心２を形成する場合に
は、矩形の電磁鋼板要素１を積層する構造であるため、
断面が円形状の磁心を形成することが実質的に困難であ
り、通常、角形断面を有するものが使用されている。そ
のため角形の積層磁心２にコイルを巻回してイグニッシ
ョンコイルを形成する際に、積層磁心２の稜線部３にコ
イルが当接して、切断し易く、また使用時においてコイ
ルの被覆が剥離し易くなるなど巻線性が極めて低く、コ
イルの信頼性が低い欠点がある。

またエナメル被覆の剥離を防止するために磁心周囲に予
め絶縁紙を巻き付けて角部の影響を低減する構造も採用
されていたが、施工工数が増加してコイルの製造コスト
が上昇してしまう欠点があった。

また断面が角形の積層磁心を円筒状の収納容器内に収納
してイグニッションコイル等に形成する方法もあるが、
この場合は、容器と積層磁心との間のデッドスペースが
大きく、磁心自体の占積率を大きくとることが困難であ
る。そのため、製品となるコイル全体の容積が増大して
、配置スペースの利用効率が大幅に低下して機器内への
配置設計が困難となってしまう欠点がある。

そこで、第５図に示すように円柱形状に形成して巻線性
を向上させることが容易であり、かつ占積率を大きく設
定することが可能な圧粉磁心４が、近年多用化されてい
る。このような圧粉磁心４は、一般に軟磁性粉５と絶縁
性を有するバインダ６との混合体をプレス成形すること
によって製造される。

このようにして製造された圧粉磁心４は占積率を大きく
設定することが可能であるため、比較的に機器を小形に
形成することができる上に、高周波領域においても渦電
流損失が小さい軟磁性粉５を使用しているため、周波数
特性が良好となる。

すなわち、このような圧粉磁心４は、絶縁性を有するエ
ポキシ樹脂等のバインダで粒状の磁性材料粉を相互に結
合して形成されており、各バインダ部が電気的絶縁層と
なるため、゛周波数の高低によって透磁率が大きな変化
を受けることは少ない。

また角形断面を有する積層磁心２と異なり、稜線３が形
成されることがないため、巻線性が優れ、信頼性が高い
コイルを形成することが可能となる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、概して透磁率は小さく、特に５０Ｈｚ〜
２０ＫＨｚ程度の周波数領域で使用される磁心としては
、従来材の電磁鋼板を積層して形成した磁心と比較して
、磁気特性が劣る欠点があった。

近年、高周波数領域で使用される電気機器の小型化が望
まれており、より鉄損を低減して動作磁束密度の増大を
図ることが要請されている。

本発明は上記の問題点を解決するためにさなれたもので
あり、長尺で円形断面を有し、高周波数領域においても
透磁率などの磁気的特性が優れ、かつ巻線性が優れ信頼
性が高い複合磁心を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）上記目的を達成するため本発明に係る複合磁心は、磁性
材料で形成した板状の積層磁心要素を多層に積層した積
層磁心の外周に、軟磁性粉と絶縁材とから成る圧粉磁心
を一体に形成し、この圧粉磁心の断面外周形状を略円形
としたことを特徴とする。

また、積層磁心の稜線に接する圧粉磁心の厚さを０．５
−以上に設定するとよい。

本発明の対象となる複合磁心の積層磁心を構成する磁性
材料としては、重量％でＳｉを０．５〜７％含有するけ
い素鋼板、Ｎｉを２０〜９０％含有するＦｅ−Ｎｉ系合
金板（パーマロイ）、Ｆｅ基アモルファス合金板、Ｃｏ
基アモルファス合金板など、透磁率を主要特性とする軟
磁気特性が優れた材料が使用される。

上記積層磁心は、上記の磁性材料を打抜いて形成した多
数の帯状の積層体要素を接着剤を介して多層に積層して
一体化したり、積層した状態でレーザ溶接等によって一
体化して形成される。

また本発明において圧粉磁心を形成するために使用され
る軟磁性粉としては、アトマイズ法や電解法によって調
製された汎用の粉体が使用される。

なお、上記軟磁性粉において、０．Ｓ等の通常のＦｅ系
合金に含まれているような不可避的な不純物を微量含ん
でいても、本発明の効果を損うものではない。

ここで本発明に使用される圧粉磁心は、前記のように調
製された、保磁力が小さい軟磁性粉と、絶縁材である有
機系バインダとを均一に混合し、得られた混合体を金型
プレス等により圧縮成形したものである。

バインダとしては電気的な絶縁性を有し、軟磁性粉相互
を強固に結合するものであればよく、例えばエポキシ樹
脂粉末が好適である。バインダの添加量は軟磁性粉重量
に対して０．２〜２重量％に設定される。

圧縮成形後のキユアリング操作によって添加されたエポ
キシ樹脂は硬化し、軟磁性粉は固形状に接合される。

また、圧縮された圧粉磁心の成形密度は７５％以上とす
ることが好ましい。

ここで、上記成形密度は、軟磁性粉の固有密度を基準と
し、この密度値に対する実際に成形された成形体の見掛
は上の密度値の比率（密度比）として求めたものである
。

この成形密度が７５％未満であると、磁気特性の低下を
招いてしまう。

本発明の目的とする特性を有する複合磁心は、第２図に
示すように予め電磁鋼板などの磁性材料板を打抜いて形
成した多数の帯状の積層体要素７を接着剤等を介して多
層に積層して一体化した積層磁心２を形成する一方、積
層磁心２の軸方向全長を３〜４等分した長さを有し、中
心軸方向に積層磁心２を挿通するための挿通孔８を形成
した圧粉磁心要素９を金型成形によって調製し、得られ
た圧粉磁心要素９を所定数積層磁心２の外周部に嵌め込
んで製造される。そして隣接する圧粉磁心要素９，９の
当接面および積層磁心２の外表面には接着剤が塗布され
ているため、各圧粉磁心要素９・・・は一体に接合され
て圧粉磁心４を形成すると同時にこの圧粉磁心４は積層
磁心２とも一体に接合され、全体として第１図に示すよ
うな円形断面を有する複合磁心１０が形成される。

なお圧粉磁心４の断面外周形状は真円に限らず楕円やよ
り偏平な長円形でもよく、磁心の配置スペースや形状な
どの設計事項に基づいて任意に設定される。すなわち、
巻線性を阻害するような鋭いエツジ部を形成しないよう
に、曲率が連続的に変化するような外周形状であればよ
い。

また、第３図に示すようにな積層磁心２ａの各稜線３ａ
に接する圧粉磁心４ａの厚さｔは０．　５■以上に設定
することが望ましい。この厚さが０゜５ｍ未満の場合に
は、成形時における強度が低くなり、圧粉磁心要素９に
割れが発生し易くなるからである。

上記構成に係る複合磁心によれば、低周波数領域におい
て優れた磁気特性を発揮する積層磁心と高周波数領域に
おいても磁気特性の低下が少ない圧粉磁心とを複合化し
て形成されているため、単に積層磁心のみで形成した従
来の磁心と比較して透磁率などの磁気特性が優れた磁心
を得ることができる。

すなわち従来の角形断面を有する積層磁心においては、
磁心の周囲に大きなデッドスペースが形成されており磁
気特性が低い上に磁心の配置効率が低い欠点があったが
、本発明によればそのデッドスペースに圧粉磁心が配置
されて磁気特性の向上のために有効に活用される。そし
て高周波数領域で低下する積層磁心の磁気特性を圧粉磁
心によって補償することが可能となり、磁心全体として
広い周波数範囲において優れた磁気特性を発揮すること
ができる。

また圧粉磁心の断面外周形状を略円形としているため、
コイルを形成する際の巻線性が極めて優れており、信頼
性が高いコイルを製造することができる。

（実施例）次に本発明の複合磁心について以下の実施例を参照して
より具体的に説明する。

まず、第２図に示すように無方向電磁鋼板（Ｓ−１４）
を打抜いて形成した縦４．９■、横１゜Ｏｍ、厚さ０．
３５■の積層磁心要素７を絶縁層および接着剤を介して
多数積層して４．９ｍＸ４゜９■Ｘ１００ｍの寸法を有
する断面角形の積層磁心２を形成した。一方、平均粒径
が８０μｍである鉄粉末をアトマイズ法により調製し、
得られた鉄粉末に平均粒径が５０μｍのエポキシ樹脂粉
末を０゜５重量％添加して充分に混合して均一な混合体
を調製した。

次に得られた混合体を金型成形機の上下パンチ間に充填
して加圧成形を行なった、金型成形機の下パンチには積
層磁心２の断面とほぼ同一の断面を有するコアが装着さ
れる一方、上パンチにはコアを挿通できる開口が軸方向
に設けられている。

上下パンチを押圧することにより、挿通孔８を有する成
形体を形成した。そして加圧成形を行なった後にキユア
リングを行なって添加樹脂バインダを硬化せしめること
によって、第２図に示すように中心軸方向に挿通孔８を
有し、外径が８■で長さが２５−の圧粉磁心要素９を多
数製作した。

さらに得られた圧粉磁心要素９を順次積層磁心２の外周
に装着し、相互に接着剤にて接合することにより、第１
図に示すように積層磁心２の外周に、断面外周が円形状
である圧粉磁心４ａを一体に形成した実施例１の複合磁
心１０を得た。

こうして得られた複合磁心１０の圧粉磁心４ａは、軟磁
性合金粉としてのアトマイズ合金粉１１と、絶縁材とし
てのエポキシ樹脂粉末１２とから成る。モして圧粉磁心
４ａの成形密度は８８．７％であった。

一方、比較例１として、実施例１で使用した積層磁心２
と同様に縦４．９ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．３５■
の無方向電磁鋼板（Ｓ−１４）で形成した多数の電磁鋼
板要素１を絶縁層を介して積層して４．９■Ｘ４．　９
＋ｍＸ１００■の寸法を有する従来の積層磁心２のみか
ら成る磁心を製作した。

また比較例２として、実施例１で使用した圧粉磁心と同
一の組成を有する軟磁性粉末とエポキシ樹脂粉末とを混
合し、得られた混合体を加圧成形することにより、第５
図に示すように実施例１の圧粉磁心４ａと同一の外径お
よび成形密度を有する圧粉磁心４のみから成る磁心を調
製した。

次に実施例１および比較例１〜２で得られた磁心の磁気
特性の評価試験を行なった。評価試験は棒状に形成した
各磁心の外周に磁化用コイルを所定数巻回してコイルを
形成し、５ＱＨｚ、ＩＫＨｚ　ｚ　１０　Ｋ　Ｈｚの各
周波数におけるコイルのインダクタンス値の変化を測定
した。

なお比較例１の角形断面を有する積層磁心２は、内外径
がそれぞれ７■、８■で厚さが０．５■のプラスチック
製外管に挿入してコイルを巻いて測定した。比較例２の
積層磁心２の寸法は、他の実施例１および比較例２と同
一の外径を有する上記外管内に挿入し得る最大寸法とな
るように設定されたものである。このように外径を全て
８ｍ＋と同一径に設定したことにより、同一形状を有す
る磁心の特性を直接的に比較することができる。

そして各測定値は、比較例１の積層磁心の５０Ｈｚにお
けるインダクタンス値を基準値１００％とし、相対数値
で表わしている。測定結果を下記第１表に示す。

〔以下余白〕

第１表第１表に示す測定結果から明らかなように実施例１に係
る複合磁心によれば、積層磁心の外周部に一体に圧粉磁
心が形成されているため、積層磁心のみで形成した従来
の磁心と比較してインダクタンス値が広い周波数範囲に
おいて大きくなり、透磁率が高く磁気特性が高い磁心が
得られる。

一方比較例１の磁心においては、高周波数領域において
インダクタンスが急激に低下する一方、積層磁心の外周
部にデッドスペース（空隙）が存在するため、インダク
タンス値も実施例１と比較して４０〜５０％程度低下し
てしまう。

さらに比較例２に係る圧粉磁心のみで形成した磁心は、
渦電流損失が小さいため、高周波数領域においてもイン
ダクタンス値の低下割合は小さく、また断面外周形状が
円形であるため、コイル形成時の巻線性が優れる。しか
しながら透磁率に対応するインダクタンス値は全領域に
おいて相対的に低く充分な磁気特性が発揮されないこと
が確認された。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る複合磁心によれば、低周波
数領域において優れた磁気特性を発揮する積層磁心と高
周波数領域においても磁気特性の低下が少ない圧粉磁心
とを複合化して形成されているため、単に積層磁心のみ
で形成した従来の磁心と比較して透磁率などの磁気特性
が優れた磁心を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合磁心の一実施例を示す斜視図
、第２図は本実施例に係る複合磁心あ製造方法を示す斜
視図、第３図は本発明の他の実施例に係る複合磁心の断
面図、第４図は電磁鋼板を積層して形成した角形断面を
有する従来の積層磁心を示す斜視図、第５図は円形断面
を有する従来の圧粉磁心を示す斜視図である。１・・・電磁鋼板要素、２，２ａ・・・積層磁心、３゜
３ａ・・・稜線、４．４ａ・・・圧粉磁心、５・・・軟
磁性粉、６・・・バインダ（絶縁材）、７・・・積層体
要素、８・・・挿通孔、９・・・圧粉磁心要素、１０・
・・複合磁心、１１・・・アトマイズ合金粉（軟磁性粉
）、１２・・・エポキシ樹脂粉末。出願人代理人　　　波　多　野　　　入館４ｔ！ｆ第５図

Claims

【特許請求の範囲】

１．磁性材料で形成した板状の積層磁心要素を多層に積
層した積層磁心の外周に、軟磁性粉と絶縁材とから成る
圧粉磁心を一体に形成し、この圧粉磁心の断面外周形状
を略円形としたことを特徴とする複合磁心。
２．積層磁心の稜線に接する圧粉磁心の厚さを０．５ｍ
ｍ以上に設定したことを特徴とする請求項１記載の複合
磁心。